JP2015080131A - 弾性波フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を進めることができ、かつＩＤＴ電極における発熱をより効果的に放散させ得る弾性波フィルタ装置を提供する。【解決手段】圧電基板２上に複数のＩＤＴ電極３，４が形成されており、複数のＩＤＴ電極３，４によりフィルタ回路が構成されており、複数のＩＤＴ電極３，４を囲むように支持部材５が設けられており、支持部材５の上面にカバー部材６が設けられており、圧電基板２上に設けられている複数の電極ランド３１のうち、動作時に発熱するＩＤＴ電極３，４の熱を受けるように電極ランド３１が設けられており、該電極ランド３１にビアホール電極２４が接続されており、ビアホール電極２４がカバー部材６上に設けられた配線電極１０により外部との接続のための外部接続端子８に電気的に接続されている、弾性波フィルタ装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば帯域フィルタなどに用いられる弾性波フィルタ装置に関し、より詳細には圧電基板上に複数のＩＤＴ電極が設けられている弾性波フィルタ装置に関する。

従来、携帯電話機などの小型化に伴って、表面実装可能な電子部品のより一層の小型化が求められている。下記の特許文献１には、小型化を進め得る弾性波装置が開示されている。

特許文献１に記載の弾性波装置では、圧電基板上に複数のＩＤＴ電極が設けられている。複数のＩＤＴ電極が設けられている部分を封止するための中空部が構成されている。該中空部を構成するために、圧電基板上に、ＩＤＴ電極が設けられている領域を囲むように支持層が形成されている。この支持層上にカバー部材が設けられている。

上記支持層及びカバー部材を貫通する柱状の外部接続用電極が設けられている。ＩＤＴ電極に電気的に接続されるように、圧電基板上に電極パッドが設けられている。この電極パッドの上面に上記外部接続用電極の下端が接合されている。外部接続用電極の上端に、金属バンプからなる外部接続端子が接合されている。

特許文献１に記載の弾性波装置では、金属バンプからなる外部接続端子側から表面実装することができる。従って、小型化を図ることができる。また、柱状の外部接続用電極の放熱性を利用して、熱放散性を高めることができると記載されている。

ＷＯ２００９／０５７６９９

しかしながら、特許文献１に記載の弾性波装置において、熱放散性をさらに高めるには、柱状の外部接続用電極を、放熱用の電極パッドとともに発熱部分近傍に配置し、さらに該外部接続用電極の上端に接合される金属バンプなどからなる外部接続端子を接合しなければならなかった。従って、柱状の外部接続用電極及び外部接続端子を新たに設けるスペースが必要となり、小型化を進めることが困難となる。

本発明の目的は、小型化を進めることができ、かつＩＤＴ電極における発熱をより効果的に放散させ得る、弾性波フィルタ装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波フィルタ装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、フィルタ回路を構成するように電気的に接続されている複数のＩＤＴ電極と、前記圧電基板上において、前記複数のＩＤＴ電極を囲むように設けられた支持部材と、前記支持部材の上面に設けられており、ＩＤＴ電極が臨む中空部を構成しているカバー部材と、前記圧電基板上において、前記複数のＩＤＴ電極に電気的に接続されている複数の電極ランドと、前記複数の電極ランドのうち、動作時に発熱する発熱部を構成しているＩＤＴ電極の熱を受けるように、該発熱部を構成しているＩＤＴ電極に電気的に接続されている前記電極ランドに電気的に接続されるように、かつ前記支持材及びカバー部材を貫通するように設けられたビアホール電極と、前記カバー部材上に設けられており、外部と電気的に接続されている複数の外部接続端子と、前記カバー部材上に設けられており、かつ前記ビアホール電極と前記少なくとも１つの前記外部接続端子とに電気的に接続されている配線電極とを備える。

本発明に係る弾性波フィルタ装置のある特定の局面では、前記発熱部を構成しているＩＤＴ電極に電気的に接続されている電極パッドは、グランド電極である。

本発明に係る弾性波フィルタ装置のある他の特定の局面では、前記複数のＩＤＴ電極が複数の共振子を構成しており、該複数の共振子が、直列腕共振子と並列腕共振子とを有し、前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子によりラダー型フィルタが構成されている。

本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、前記発熱部を構成しているＩＤＴ電極が、前記並列腕共振子を構成しているＩＤＴ電極であり、前記配線電極が前記ビアホール電極を介して該並列腕共振子のグラウンド電位に電気的に接続されている電極ランドに接続されている。

本発明に係る弾性波フィルタ装置の別の特定の局面では、前記配線電極に電気的に接続される外部接続端子が、残りの外部接続端子よりも大きな平面形状を有する。

本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記配線電極及び前記配線電極に縦続される外部接続端子が、前記ビアホール電極に接続されている導電膜により兼ねられている。

本発明に係る弾性波装置によれば、上記ビアホール電極と、複数の外部接続端子のうちの少なくとも一つの外部接続端子とがカバー部材上に設けられている配線電極により電気的に接続されているため、該配線電極を利用して熱を外部接続端子に放散させることができる。従って、放熱性を高めるために新たに外部接続端子及び放熱用電極パッドを設ける必要がないため、小型化を進めつつ、ＩＤＴ電極において生じた熱を効果的に放散させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う部分に相当する断面図である。 本発明の第１の実施形態の弾性波装置の外部接続端子を除いた模式的平面図である。 本発明の第１の実施形態の弾性波装置における圧電基板上の電極形成位置を示す略図的平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の圧電基板上の電極構造を示す模式的平面図である。 第３の実施形態に係る弾性波装置の外部接続端子を除いた模式的平面図である。 比較例の弾性波装置において、２５℃における減衰量周波数特性、５５℃における減衰量周波数特性及び５５℃において８００ｍＷの電力を投入した場合の減衰量周波数特性を示す図である。 実施形態の弾性波装置において、２５℃における減衰量周波数特性、５５℃における減衰量周波数特性及び５５℃において８００ｍＷの電力を投入した場合の減衰量周波数特性を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う部分に相当する断面図である。図２は、本実施形態の弾性波装置の外部接続端子を除いた模式的平面図であり、図３は、圧電基板上の電極形成位置を示す略図的平面図である。

図１に示すように、弾性波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、本実施形態では、ＬｉＴａＯ_３や、ＬｉＮｂＯ_３などの圧電単結晶からなる。圧電単結晶に代えて圧電セラミックスを用いてもよい。

圧電基板２上には、複数のＩＤＴ電極３，４が形成されている。図１では、ＩＤＴ電極３，４の複数の電極指の横断面形状が示されている。もっとも、圧電基板２上には、より多くのＩＤＴ電極が形成されている。

図３は、圧電基板２上の電極形成位置を略図的に示す平面図である。本実施形態の弾性波装置１は、携帯電話機のデュプレクサを構成している。圧電基板２上には、デュプレクサを構成するための送信回路及び受信回路が構成されている。より具体的には、圧電基板２上には、受信回路を構成する、弾性波共振子部１１と、第１，第２の縦結合共振子型弾性波フィルタ部１２，１３とが設けられている。図３では、これらの部分が構成されている部分を略図的に示すこととする。

同様に、送信フィルタを構成するために、直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４が構成されている。直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４によりラダー型フィルタが構成されている。直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４についても、これらが設けられている各部分を×を矩形等の形状で囲んだ図形で略図的に示すこととする。直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ４は、ＩＤＴ電極と、ＩＤＴ電極の表面波伝搬方向の両側に配置された反射器とを有する。

また、圧電基板２上には、図示しない複数の電極ランドが設けられており、各電極ランドの上面に、後述するビアホール電極が接続されている。図３では、このビアホール電極の位置を模式的にビアホール電極の平面形状を円形の記号で示すこととする。図３において並列腕共振子Ｐ１の近傍には、アンテナ端子を構成しているビアホール電極２１が配置されている。また、直列腕共振子Ｓ４の近くには、送信端子を構成するためのビアホール電極２２が配置されている。さらに、並列腕共振子Ｐ４の近くのコーナー部には、グラウンド電位に接続されるビアホール電極２３が設けられている。また、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２の近傍にもビアホール電極２４が設けられている。このビアホール電極２４は、後述するようにグラウンド電位に接続される。

図１に戻り、圧電基板２上に設けられているＩＤＴ電極３，４は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗなどの適宜の金属あるいは、Ａｇ−Ｐｄなどの適宜の合金からなる。また、ＩＤＴ電極３，４は複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されていてもよい。上記ＩＤＴ電極３，４は、図示しない接続配線により電気的に接続されている。圧電基板２上の他のＩＤＴ電極と同様に電気的に接続されている。それによって、前述した送信回路及び受信回路が構成されている。

弾性波装置１では、ＩＤＴ電極が形成されている部分を封止するために、図１に示す中空部Ａ，Ｂが形成されている。中空部Ａ，ＢはＩＤＴ電極３，４が臨む部分である。中空部Ａ，Ｂを形成するために、ＩＤＴ電極３，４が設けられている領域を囲むように支持材としての支持層５が設けられている。支持層５は、適宜の絶縁性材料からなる。このような、絶縁性材料としては、合成樹脂や絶縁性セラミックスなどを用いることができる。

支持層５の上方に開いた開口を閉成するように、カバー部材６が設けられている。カバー部材６は、合成樹脂や絶縁性セラミックスにより形成することができる。上記支持層５及びカバー部材６を設けることにより、上記中空部Ａ，Ｂが形成されている。

弾性波装置１では、上記カバー部材６を覆うように保護材７が形成されている。保護材７は、適宜の絶縁性材料からなる。保護材７は合成樹脂や適宜の絶縁性セラミックスを用いて形成することができる。保護材７は、カバー部材６と同じ材料で形成されていてもよい。上記カバー部材６及び保護材７と、圧電基板２とにより、中空部Ａ，Ｂを有するパッケージが構成されている。

上記カバー部材６上に外部接続端子８，９が設けられている。外部接続端子８，９は半田バンプやＡｕバンプなどのような金属バンプからなる。従って、弾性波装置１は、上記外部接続端子８，９が設けられている面側から回路基板に表面実装することができる。また、弾性波装置１の平面形状は圧電基板２の平面形状と同じであるため、小型化を図ることが可能とされている。加えて、弾性波装置１では、上記ビアホール電極２４を用いて放熱性を高めることが可能されている。これをより具体的に説明する。

図１に示すように、圧電基板２上には、電極ランド３１が形成されている。図３では、圧電基板２上に設けられている電極ランドの図示は省略している。実際には、圧電基板２上には、電極ランド３１を含む多数の電極ランドが設けられている。そして、電極ランドに、図３に示したビアホール電極２１〜２８等の下端がそれぞれ接合されている。

図１に示すように、電極ランド３１には、ビアホール電極２４の下端が接合されている。電極ランド３１は、図３に示すように、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２の近くに設けられている。本実施形態の弾性波装置１では、接合時において、送信フィルタを構成している並列腕共振子Ｐ１が最も多くの熱量を発する。ビアホール電極２１は、他のＩＤＴ電極に比べ、この並列腕共振子Ｐ１のＩＤＴ電極の近くに配置されている。電極ランド３１は、並列腕共振子Ｐ１のグラウンド電位に接続される側の端部に電気的に接続されている。よって、並列腕共振子Ｐ１で生じた熱が、電極ランド３１に伝えられる。

他方、ビアホール電極２４は、支持層５を貫通しており、カバー部材６をも貫通し、カバー部材６の上面に至っている。ビアホール電極２４が、配線電極１０に電気的に接続されている。配線電極１０はカバー部材６の上面において帯状に延びている。配線電極１０が外部接続端子８に電気的に接続されている。上記ビアホール電極２４及び配線電極１０は、前述したＩＤＴ電極３，４と同様に適宜の金属もしくは合金により形成することができる。

前述したように、ビアホール電極２４に並列腕共振子Ｐ１において生じた熱が伝えられ、該熱が、配線電極１０を介して外部接続端子８に伝えられる。従って、最も高温になったＩＤＴ電極において生じた熱が外部接続端子８から外部に速やかに放散される。よって、本実施形態の弾性波装置１では、放熱性を高めることができる。

前述したように、特許文献１に記載の弾性波装置では、柱状の外部接続用電極、すなわちビアホール電極により放熱性を高めることが記載されていた。しかしながら、特許文献１では、この柱状の外部接続用電極上に外部接続端子が直接接合されていた。従って、放熱性を高めるために、柱状の外部接続用電極を設ける場合、放熱用の該外部接続端子を新たに設けねばならなかった。そのため、小型化が困難であった。

これに対して、本実施形態の弾性波装置１では、上記配線電極１０がカバー部材６の上面において、ビアホール電極２４と外部接続端子８とを電気的に接続するように設けられている。

他方、電極ランド３１及び外部接続端子８は、従来からＩＤＴ電極をグラウンド電位に接続するために必須の構成として用いられたいたものである。但し、放熱性を高めるために、本実施形態では、上記配線電極１０により両者が接合されている。そのため、新たな外部接続端子および電極ランドを増やすことなく、放熱性を高めることが可能とされている。それによって、放熱性を高め得るだけでなく、小型化をも進めることが可能となる。

放熱性を高めるには、動作時に発熱する発熱部を構成しているＩＤＴ電極のうちでも、最も高温となるすなわち最も強く発熱するＩＤＴ電極の近傍に上記ビアホール電極２４が配置されていることが好ましい。本実施形態では、デュプレクサにおいて、受信フィルタよりも動作時に高温になる送信フィルタにおいて、しかも該送信フィルタの中でも、最も発熱する量が多い並列腕共振子Ｐ１に近づけてビアホール電極２４が配置されている。より具体的には、最も高温となる並列腕共振子Ｐ１のＩＤＴ電極に、他のＩＤＴ電極よりも近いように、ビアホール電極２４が配置されている。そのため、本実施形態では、放熱性をより一層高めることが可能とされている。

上記のように、動作時に最も高温となるＩＤＴ電極に他のＩＤＴ電極よりも近くなるように、上記配線電極に接続されるビアホール電極を配置することが好ましい。

本発明では、上記のように、ビアホール電極の上端と接続する配線電極を適宜設けることにより、放熱性を高めることができる。すなわち図２に示す配線電極４１〜４４は、前述した配線電極１０と同様に、ＩＤＴ電極に接続されているビアホール電極と外部接続端子と電気的に接続するように設けられている。このように、カバー部材６よりも上方にビアホール電極と外部接続端子とを電気的に接続する配線電極４１〜４４を設けることにより、外部接続端子の数を増やすことなく、放熱性を高めることができる。すなわち、従来から外部との接続のために必須の構成としての外部接続端子と、ビアホール電極とを配線電極４１〜４４を用いて電気的に接続することにより、小型化を妨げることなく放熱性を効果的に高めることができる。

なお、第１の実施形態では、図１に示した金属バンプからなる外部接続端子８，９が用いられていたが、放熱性を高めるためには、金属バンプよりも平面積の大きな外部接続端子が用いることが望ましい。

図４に示す第２の実施形態では、放熱性を高めるために、金属バンプに代えて導電膜からなる外部接続端子５１〜６０が設けられている。

表面実装に用いられる外部接続端子５１〜６０を金属バンプよりも平面積の大きな導電膜により形成することにより放熱性をより一層高めることができる。

また、第２の実施形態では、外部接続端子６０は、図示のように細長いスリップ状の形状を有している。この外部接続端子６０は下方に位置しているビアホール電極に電気的に接続されているだけでなく、外部との電気的接続部分を構成する配線電極をも兼ねている。すわなち、外部接続端子６０は第１の実施形態における外部接続端子８と配線電極１０の双方を兼ねている。この場合には、製造工程を同化させることなく、本発明の配線電極及び外部接続端子を形成することができる。

しかも、外部接続端子６０は大きな平面積を有するため、放熱性をより一層高めることができる。よって、好ましくは、導電膜により、上記外部接続端子と配線電極とを兼ねることが望ましい。

図５及び図６は第３の実施形態における圧電基板上に設けられているＩＤＴ電極が形成されている位置及びビアホール電極２１〜２８が設けられる位置を示す各模式的平面図であり、図６は、第１の実施形態について示した図２に相当する図であり、図６においては、配線電極を一点鎖線で示す。

第３の実施形態では、発熱量の大きい送信フィルタを構成する並列共振子の近傍に、グラウンド電位に接続される電極ランドを設けるのではなく、隣接する発熱共振子に接続される信号配線上に電極パッドを設けて、この上にビアホール電極２４を形成し、カバー部材上の配線電極に接続する構成とされている。このような構成とすることによっても、弾性波装置において発生した熱を効率的に放散することができる。

上記実施形態により放熱性は高められることを具体的な実験例に基づき説明する。

上記実施形態と同様にして、ただし、配線電極１０及びビアホール電極２４が設けられていないこと、並びにビアホール電極２４の下端に接続されている電極ランドが他のグラウンド電位に接続される電極ランドの圧電基板上において電気的に接続されていることを除いては、上記第１の実施形態と同様の構成を有する比較例を用意した。

比較例の弾性波装置における減衰量周波数特性を図７に示す。図７の一点鎖線は２５℃とした場合の比較例の弾性波装置の送信フィルタの減衰量周波数特性を示す。破線は比較例の弾性波装置において、温度を５５℃で電力を投入していない場合の送信フィルタの減衰量周波数特性を示す。実線は、送信フィルタにおいて８００ｍＷの電力を投入した場合の５５℃における減衰量周波数特性を示す。

他方、図８は、上記実施形態における、減衰量周波数特性を示す。すなわち、図８における一点鎖線は、送信フィルタの２５℃における電力を投入していない状態の減衰量周波数特性を示す。破線は、５５℃で、送信電力を投入していない状態における減衰量周波数特性を示す。実線は５５℃において、８００ｍＷの電力を送信端子から投入した場合の送信フィルタの減衰量周波数特性を示す。図７及び図８における一点鎖線と破線の周波数変化は、電力を投入していない場合の３０℃の温度上昇による変化である。これに対して、破線から実線への減衰量周波数特性の変化は、８００ｍＷの電力投入による変化である。

図７において、通過帯域内の電力投入周波数における周波数変化量は、一点鎖線から破線に周波数特性が変化すると、−１．１ＭＨｚであり、破線から実線に周波数特性が変化すると−１．５ＭＨｚであった。従って、破線と実線とを比較すると電力投入によって、４０．９℃の温度上昇が生じている場合に相当する周波数変化が現れている。

これに対して、図８に示す実施形態では、一点鎖線から破線への周波数特性の変化では、上記周波数変化量−１．１ＭＨｚであり、破線から実線へのフィルタ特性への変化における周波数変化量も、−１．１ＭＨｚ程度であった。従って、電力投入時の周波数変化量は、３０℃の温度が上昇した場合の周波数の変化量に相当する。よって、図７と図８とを比較すれば、比較例に比べて実施形態によれば、約１０℃程度温度が高くなった場合でも、同等のフィルタ特性が得られることがわかる。すなわち、熱による周波数変動を効果的に抑制し得ることがわかる。

なお、本発明においては、複数のＩＤＴ電極がフィルタ回路を接続するように構成されている限り、フィルタ回路の構成は特に限定されない。すわなち、ラダー型フィルタに限らず、様々な弾性波フィルタ装置に本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、並列腕共振子Ｐ１に近い電極ランドは、ビアホール電極２１に電気的に接続されていたが、他のＩＤＴ電極に近い電極ランドは、ビアホール電極だけでなく、例えば図１に示した接続電極２４Ａのようにビアホール電極以外の層間接続電極により電気的に接続されていてもよい。接続電極２４Ａは、前述した支持層５及びカバー部材６の側面を通り、圧電基板２上の電極ランド３１Ａと外部接続端子９とを電気的に接続している。

１…弾性波装置
２…圧電基板
３，４…ＩＤＴ電極
５…支持層
６…カバー部材
７…保護材
８，９…外部接続端子
１０…配線電極
１１…弾性波共振子部
１２，１３…第１，第２の縦結合共振子型弾性波フィルタ部
２１〜２８…ビアホール電極
２４Ａ…接続電極
３１，３１Ａ…電極ランド
４１〜４３…配線電極
５１〜６０…外部接続端子
Ｐ１〜Ｐ４…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子

Claims (6)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成されており、フィルタ回路を構成するように電気的に接続されている複数のＩＤＴ電極と、
   前記圧電基板上において、前記複数のＩＤＴ電極を囲むように設けられた支持部材と、
   前記支持部材の上面に設けられており、ＩＤＴ電極が臨む中空部を構成しているカバー部材と、
   前記圧電基板上において、前記複数のＩＤＴ電極に電気的に接続されている複数の電極ランドと、
   前記複数の電極ランドのうち、動作時に発熱する発熱部を構成しているＩＤＴ電極の熱を受けるように、該発熱部を構成しているＩＤＴ電極に電気的に接続されている前記電極ランドに、電気的に接続されるように、かつ前記支持材及びカバー部材を貫通するように設けられたビアホール電極と、
   前記カバー部材上に設けられており、外部と電気的に接続されている複数の外部接続端子と、
   前記カバー部材上に設けられており、かつ前記ビアホール電極と、前記少なくとも１つの前記外部接続端子とに電気的に接続されている配線電極とを備える、弾性波フィルタ装置。
2. 前記発熱部を構成しているＩＤＴ電極に電気的に接続されている電極パッドは、グランド電極である、請求項１に記載の弾性波フィルタ装置。
3. 前記複数のＩＤＴ電極が複数の共振子を構成しており、該複数の共振子が、直列腕共振子と並列腕共振子とを有し、前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子によりラダー型フィルタが構成されている、請求項１または２に記載の弾性波フィルタ装置。
4. 前記発熱部を構成しているＩＤＴ電極が、前記並列腕共振子を構成しているＩＤＴ電極であり、前記配線電極が前記ビアホール電極を介して該並列腕共振子のグラウンド電位に電気的に接続されている電極ランドに接続されている、請求項３に記載の弾性波フィルタ装置。
5. 前記配線電極に電気的に接続される外部接続端子が、残りの外部接続端子よりも大きな平面形状を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。
6. 前記配線電極及び前記配線電極に縦続される外部接続端子が、前記ビアホール電極に接続されている導電膜により兼ねられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弾性波フィルタ装置。

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